Impresionado por los espectaculares encuentros del centrocampista en la Champions 2005-06 el seleccionador español, Luis Aragonés, decidió convocarle para un amistoso ante Costa de Marfil. El centrocampista catalán brilló y participó en uno de los tantos de los españoles, que vencieron (3-2) a los costamarfileños. En un partido de preparación para el mundial sudafricano contra Polonia en la Nueva Condomina de Murcia el 8 de junio de 2010, Cesc entró en la historia de la selección nacional, al convertirse con la edad de 23 años y un mes en el jugador más joven en la historia de 'La Roja' en llegar a la cifra de 50 partidos como internacional español. Durante el Mundial, Cesc no fue titular en ningún partido, pero jugó 4 de los 7 partidos de España incluyendo la final, donde éste proporcionó la asistencia a Andrés Iniesta que posteriormente llevaría a la Selección de fútbol de España a alzarse como Campeones del Mundo en la Copa Mundial de Fútbol de 2010 celebrada en Sudáfrica.